JP2004327229A - Composition for forming conductive pattern, forming method for conductive pattern, and manufacturing method of composition - Google Patents

Composition for forming conductive pattern, forming method for conductive pattern, and manufacturing method of composition Download PDF

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Tetsuya Yoshida
哲也 吉田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the mounting density of a conductive pattern on a base material. <P>SOLUTION: This composition for forming the conductive pattern contains conductive fine particles comprising at least one kind of metal and a dispersing agent dispersing the conductive fine particles in a dispersion medium. The dispersing agent is a polymer which includes a tertiary amine monomer in a main chain and a nonionic polyether monomer in a side chain. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材上に導電性パターンを形成する導電性パターン形成用組成物、導電性パターン形成用組成物の製造方法及び導電性パターンの形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、基材の表面に導電性パターンを形成する技術として、導電性パターン形成用組成物の液滴からなる液滴パターンをインクジェット方式によって基材の表面に形成し、この液滴パターンを加熱して導電性パターンとする技術がある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
このような技術に用いられる導電性パターン形成用組成物には、微小化された導電性微粒子が分散した状態で含有されており、これら導電性微粒子は基材の表面で加熱されることによって融着し、導電性パターンを形成するようになっている(例えば、特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−134878号公報
【特許文献2】
特開平11−80647号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、基材への導電性パターンの実装密度を高めるべく、微小な導電性微粒子によって微細な導電性パターンを形成することが望まれている。しかしながら、導電性パターン形成用組成物中の導電性微粒子を微小化する場合には、導電性微粒子が凝集してしまうという問題があった。
【0006】
本発明の課題は、基材への導電性パターンの実装密度を高めることができる導電性パターン形成用組成物、導電性パターンの形成方法及び導電性パターン形成用組成物の製造方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、少なくとも1種の金属からなる導電性微粒子と、前記導電性微粒子を分散させる分散剤とを分散媒中に含有する導電性パターン形成用組成物であって、
前記分散剤は、第3級アミン型モノマーを主鎖に含み、かつポリエーテル型の非イオン性のモノマーを側鎖に含むポリマーであることを特徴とする。
【0008】
請求項1記載の発明によれば、導電性パターン形成用組成物に含まれる分散剤は第3級アミン型モノマーを主鎖に含み、かつポリエーテル型の非イオン性のモノマーを側鎖に含むポリマーであるので、導電性パターン形成用組成物中において導電性微粒子は分散剤を保護コロイドとして、凝集することなく分散した状態となる。従って、従来と比較して微小な導電性微粒子によって微細な導電性パターンを形成することができるので、基材への導電性パターンの実装密度を高めることができる。また、導電性パターン形成用組成物中の導電性微粒子を微小化することができるため、基材の表面に導電性パターン形成用組成物の液滴によって描画された液滴パターンに対し、従来よりも低温の加熱によって導電性を付与することができる。
なお、金属としては銅又は貴金属が好ましく、貴金属としては、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金がある。
【0009】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の導電性パターン形成用組成物において、
インクジェット方式により基材の表面に導電性パターンを形成することを特徴とする。
【0010】
請求項2記載の発明によれば、導電性パターン形成用組成物はインクジェット方式により基材の表面に導電性パターンを形成するものであり、導電性パターン形成用組成物中の導電性微粒子は従来と比較して微小となっているので、導電性パターン形成用組成物を吐出するノズルに目詰まりが生じ難い。従って、従来と比較して容易に導電性パターンを形成することができる。
【0011】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の導電性パターン形成用組成物において、
前記導電性微粒子は銅からなることを特徴とする。
【0012】
請求項3記載の発明によれば、導電性微粒子が銅からなるので、導電性パターン形成用組成物中の導電性微粒子を分散剤によって確実に分散化することができる。
【0013】
請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の導電性パターン形成用組成物において、
前記導電性微粒子の平均粒径が0.1nm以上、かつ20nm以下であることを特徴とする。
【0014】
請求項4記載の発明によれば、導電性微粒子の平均粒径が0.1nm以上、かつ20nm以下であるので、微細な導電性パターンを形成することができる。
【0015】
請求項5記載の発明は、請求項1〜4の何れか一項に記載の導電性パターン形成用組成物において、
前記分散媒は、水不溶性有機溶剤を主成分とする有機分散媒であることを特徴とする。
【0016】
請求項5記載の発明によれば、分散媒は水不溶性有機溶剤を主成分とする有機分散媒であるので、分散剤による分散効果とミクロブラウン運動とによって導電性微粒子を分散した状態で安定に保持することができる。
【0017】
請求項6記載の発明は、請求項1〜5の何れか一項に記載の導電性パターン形成用組成物の液滴により基材の表面に液滴パターンを描画する描画工程と、
前記描画工程において描画された液滴パターンを加熱することによりこの液滴パターンに導電性を付与する加熱工程とを有することを特徴とする。
【0018】
請求項6記載の発明によれば、請求項1〜5の何れか一項に記載の導電性パターン形成用組成物の液滴により描画された液滴パターンを加熱してこの液滴パターンに導電性を付与することにより、液滴パターンを導電性パターンとすることができる。
【0019】
請求項7記載の発明は、請求項6記載の導電性パターンの形成方法において、前記描画工程において、前記導電性パターン形成用組成物の液滴をインクジェット方式によって吐出することにより前記液滴パターンを描画することを特徴とする。
【0020】
請求項7記載の発明によれば、インクジェット方式によって液滴パターンを描画することにより、微細なの液滴パターンを容易に描画することができる。
【0021】
請求項8記載の発明は、請求項7記載の導電性パターンの形成方法において、
前記描画工程において、0.1μm〜10μmのノズル径のノズルから前記導電性パターン形成用組成物の液滴を吐出することを特徴とする。
【0022】
請求項8記載の発明によれば、0.1μm〜10μmのノズル径のノズルから導電性パターン形成用組成物の液滴を吐出することにより、微細な液滴パターンを形成することができる。
【0023】
請求項9記載の発明は、請求項6〜8の何れか一項に記載の導電性パターンの形成方法において、
前記描画工程において、線幅が20μm以下の液滴パターンを描画することを特徴とする。
請求項9記載の発明によれば、微細な液滴パターンを形成することができる。
【0024】
請求項10記載の発明は、分散剤を含有する水性分散媒中で、少なくとも1種の金属を有する金属化合物を還元することにより導電性微粒子を得る還元工程を含む導電性パターン形成用組成物の製造方法であって、
前記分散剤として、第3級アミン型モノマーを主鎖に含み、かつポリエーテル型の非イオン性のモノマーを側鎖に含むポリマーを用いることを特徴とする。
【0025】
請求項10記載の発明によれば、分散剤として、第3級アミン型モノマーを主鎖に含み、かつポリエーテル型の非イオン性のモノマーを側鎖に含むポリマーを用いることにより、導電性パターン形成用組成物中において、導電性微粒子は分散剤を保護コロイドとして、凝集することなく分散した状態となる。従って、従来と比較して微小な導電性微粒子によって微細な導電性パターンを形成することができるので、基材への導電性パターンの実装密度を高めることができる。また、導電性パターン形成用組成物中の導電性微粒子を微小化することができるため、基材の表面に導電性パターン形成用組成物の液滴によって描画された液滴パターンに対し、従来よりも低温の加熱によって導電性を付与することができる。
【0026】
請求項11記載の発明は、請求項10記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法において、
前記還元工程において、還元剤として有機アミン化合物を用いることを特徴とする。
【0027】
ここで、還元剤の種類や温度などの還元条件が強いと、析出する導電性微粒子の粒径のバラツキが大きくなるとともに酸化反応が進み易くなる。そのため、還元条件は弱い方が好ましい。
【0028】
請求項11記載の発明によれば、還元剤として有機アミン化合物を用いて還元工程を行うことにより、比較的弱い還元条件で金属化合物を還元することができる。従って、析出する導電性微粒子の粒径のバラツキを小さくすることができるとともに酸化反応を進み難くすることができる。また、毒性のあるヒドラジン等を用いて還元する場合と異なり、有害性の少ない条件で還元工程を行うことができる。
【0029】
請求項12記載の発明は、請求項10または11記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法において、
前記還元工程において、前記水性分散媒の温度を20℃〜60℃とすることを特徴とする。
【0030】
請求項12記載の発明によれば、還元工程において水性分散媒の温度を20℃〜60℃とすることにより、200℃以上の高温度条件下で還元する場合と異なり、安全な条件で還元工程を行うことができる。
【0031】
請求項13記載の発明は、請求項10〜12の何れか一項に記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法において、
前記還元工程の後に、前記導電性微粒子と前記分散剤とを前記水性分散媒相から、非水溶性有機溶剤を主成分とする有機分散媒相に相間移動させる相間移動工程を含むことを特徴とする。
【0032】
請求項13記載の発明によれば、分散剤の存在下で導電性微粒子と分散剤とを水性分散媒相から有機分散媒相に相間移動させることにより、導電性微粒子を凝集させることなく分散した状態で有機分散媒相に抽出することができる。従って、導電性微粒子を、水性分散媒相における場合と異なり、酸素に対して遮蔽された状態とすることができる、つまり酸化され難い状態とすることができる。
【0033】
請求項14記載の発明は、請求項13記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法において、
前記相間移動工程の後に、精製水を用いて前記有機分散媒相の水溶性成分の少なくとも一部を除去する精製工程を含むことを特徴とする。
【0034】
請求項14記載の発明によれば、精製工程を行うことにより、還元剤及び分散剤の一部を除去することができる。従って、導電性パターン形成用組成物の液滴により描画された液滴パターンを加熱する際に、導電性微粒子同士を確実に融着させることができる、つまり液滴パターンに確実に導電性を付与することができる。
【0035】
請求項15記載の発明は、分散剤を含有し、少なくとも一種の金属からなる導電性微粒子を分散させた水性分散媒相から、非水溶性有機溶剤を主成分とする有機分散媒相に、前記導電性微粒子と前記分散剤とを相間移動させる相間移動工程を含む導電性パターン形成用組成物の製造方法であって、
前記分散剤として、第3級アミン型モノマーを主鎖に含み、かつポリエーテル型の非イオン性のモノマーを側鎖に含むポリマーを用いることを特徴とする。
【0036】
請求項15記載の発明によれば、分散剤の存在下で導電性微粒子と分散剤とを水性分散媒相から有機分散媒相に相間移動させることにより、導電性微粒子を凝集させることなく分散した状態で有機分散媒相に抽出することができる。従って、導電性微粒子を、水性分散媒相における場合と異なり、酸素に対して遮蔽された状態とすることができる、つまり酸化され難い状態とすることができる。また、従来と比較して微小な導電性微粒子によって微細な導電性パターンを形成することができるので、基材への導電性パターンの実装密度を高めることができる。また、導電性パターン形成用組成物中の導電性微粒子を微小化することができるため、基材の表面に導電性パターン形成用組成物の液滴によって描画された液滴パターンに対し、従来よりも低温の加熱によって導電性を付与することができる。
【0037】
請求項16記載の発明は、請求項15記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法において、
前記相間移動工程において、前記水性分散媒及び前記有機分散媒相の温度を50℃〜90℃とすることを特徴とする。
【0038】
請求項16記載の発明によれば、水性分散媒及び有機分散媒の温度を50℃〜90℃とすることにより、導電性微粒子と分散剤とを水性分散媒相から有機分散媒相へ安定した状態で相間移動させることができる。
【0039】
請求項17記載の発明は、請求項15または16記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法において、
前記相間移動工程において、前記水性分散媒のpHを7〜10とすることを特徴とする。
【0040】
請求項17記載の発明によれば、水性分散媒のpHを7〜10とすることにより、導電性微粒子と分散剤とを水性分散媒相から有機分散媒相へ安定した状態で相間移動させることができる。
【0041】
請求項18記載の発明は、請求項15〜17の何れか一項に記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法において、
前記相間移動工程の後に、精製水を用いて前記有機分散媒相の水溶性成分の少なくとも一部を除去する精製工程を含むことを特徴とする。
【0042】
請求項18記載の発明によれば、精製工程を行うことにより、還元剤及び分散剤の一部を除去することができる。従って、導電性パターン形成用組成物の液滴により描画された液滴パターンを加熱する際に、導電性微粒子同士を確実に融着させることができる、つまり液滴パターンに確実に導電性を付与することができる。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0044】
本発明の導電性パターン形成用組成物は、インクジェット方式などにより基材の表面に導電性パターンを形成するものであり、分散媒中に導電性微粒子と導電性微粒子を分散させる分散剤とを含有している。
分散媒は、水不溶性の有機溶剤、具体的にはMEK(メチルエチルケトン)やMIBK(メチルイソブチルケトン)、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、キシレン等を主成分としている。
【0045】
導電性微粒子は少なくとも1種の金属から形成されており、本実施の形態においては銅から形成されている。導電性微粒子の平均粒径は0.1nm以上、かつ20nm以下となっている。
【0046】
分散剤は、複数の側鎖が櫛の歯のように主鎖に結合されたくし型の形状を有するオリゴマーであり、溶液重合などによってラジカル重合した複数のモノマーから形成されている。この分散剤の重量平均分子量は3000〜100000となっている。
【0047】
より詳細には、分散剤は、主鎖となるモノマー単位のところどころに他種のモノマーが側鎖として配列したグラフトポリマーであり、かつ複数種のモノマーがそれぞれ連続して重合することにより形成されたブロックポリマーである。
【0048】
分散剤の主鎖には、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチルや(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル等、窒素を含む含窒素第3級アミン型モノマーが共重合成分として含まれている。そのため、分散剤は第3級アミン型モノマー由来の部分の窒素原子から電子を供与することによって導電性微粒子を安定して保持する、つまり導電性微粒子を分散した状態とするようになっている。
また、分散剤の主鎖には、上記の含窒素第3級アミン型モノマー以外にも(メタ)アクリル酸またはその誘導体が含まれることが好ましい。この場合には、モノマーを確実にラジカル重合させることができる。
また、分散剤の主鎖には、ステアリル基のような長鎖アルキル基やスチレンが含まれることが好ましい。この場合には、分散剤は、オルガノゾルの系において、導電性微粒子を確実に分散させることができる。なお、長鎖アルキル基としては、(メタ)アクリル酸アルキルエステルや2−エチルヘキシル(メタ)アクリル酸エステル、ラウリル(メタ)アクリル酸エステル、ステアリル(メタ)アクリル酸エステル等がある。
更に、分散剤の主鎖には、導電性微粒子に対する反応性モノマーとして、グリシジル(メタ)アクリルエステルやグリシジル(メタ)アクリル酸エステルの第1級アミン誘導体、グリシジル(メタ)アクリル酸エステルのポリエチレンイミン誘導体、ポリ(メタ)アクリル酸にポリエチレンイミン付加物、2―ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等が含まれることが好ましい。この場合には、分散剤は導電性微粒子に対して効果的に付着し、これら導電性微粒子を分散させることができる。
【0049】
また、分散剤の側鎖には、ポリエーテル型の非イオン性のモノマー成分が含まれている。具体的には、分散剤の側鎖には、親水性のポリエチレンオキサイドと、疎水性のポリプロピレンオキサイドまたはポリブチレンオキサイドとが含まれている。
これら側鎖成分により、分散剤は導電性微粒子の分散効果を有効に発揮するようになっている。また、分散剤は、このように側鎖成分に親水性成分及び疎水性成分を含むため、分散媒中でミクロドメイン構造を形成するようになっている。また、この分散剤はエチレンオキサイド、或いはプロピレンオキサイドの付加モル数の自由なコントロールが可能なため、導電性微粒子を分散させる効果や、温度やpHの変化に対する安定性、分散媒との相性に優れたモノマーを形成することができるようになっている。更に、この分散剤は、側鎖成分に屈曲性の大きな分子鎖を付加することにより、導電性微粒子の表面をこの分子鎖で被覆して吸着層を作り、導電性微粒子の分散性を向上させるとともに、系を安定化させることができる。また、分散剤は、後述する導電性パターン形成用組成物の製造工程において有機分散媒と水性分散媒との混合分散媒を、有機分散媒―水性分散媒の均一相、或いはマイクロエマルジョンの状態から、完全に2層に分離した状態にさせることができるようになっている。
【0050】
次に、本発明に係る導電性パターン形成用組成物の製造方法について説明する。
まず、湯浴内のフラスコ内に溶媒としてのイソプロピルアルコールと、分散剤の前記モノマー成分と、重合開始剤としてのアゾイソブチロニトリルとを入れ、溶液重合を行う。これにより、複数のモノマーがラジカル重合し、分散剤が合成される。
次に、銅などの金属化合物と上記分散剤とを酸性の水性分散媒に溶解する。なお、分散剤は第3級アミノ基を有するので、酸性の水性分散媒に対する溶解性が高くなっている。ここで、銅の化合物としては、例えば蟻酸銅や酢酸銅、ナフテン酸銅、オクチル酸銅、アセチルアセトン銅、塩化銅、硫酸銅、硝酸銅などがあり、このうち、安価な硫酸銅または硝酸銅を用いることが好ましい。
【0051】
次に、水性分散媒相の銅イオンを還元することにより、導電性微粒子を形成する(還元工程)。具体的には、常温下で、第1級アミンや第2級アミン等の有機アミンを水性分散媒に加えるとともに攪拌を行う。これにより銅イオンは還元されて水性分散媒相に析出する。ここで、水性分散媒相には分散剤が存在しているため、析出する導電性微粒子は分散剤を保護コロイドとして水性分散媒相に安定な状態で分散し、導電性微粒子の粒径は0.1nm以上、20nm以下となる。また、還元剤として有機アミン化合物を用いて還元工程を行うことにより、比較的弱い還元条件で銅イオンが還元されるため、析出する導電性微粒子の粒径のバラツキが小さくなる。なお、水性分散媒に加える有機アミンとしては、メチルアミノエタノールやエタノールアミン、プロパノールアミン、ジエタノールアミン等のアルカノールアミンが好ましく、ポリエチレンイミンがより好ましい。ポリエチレンイミンを用いる場合には、銅イオンを還元するとともに、析出する導電性微粒子を分散させることができる。なお、ポリエチレンイミンは、ポリマー中に側鎖として含まれるものであっても良く、具体的には(メタ)アクリル酸誘導体を主鎖成分とするグラフトポリマー中に側鎖として含まれるものが好ましい。
【0052】
次に、導電性微粒子が分散した水性分散媒を、前記水不溶性有機溶剤を主成分とする有機分散媒と接触させ、導電性微粒子を水性分散媒相から有機分散媒相に相間移動させる(相間移動工程)。具体的には、水性分散媒に有機分散媒を接触させた後、アミン等の化合物を添加することによって水性分散媒相をアルカリ性とし、かつ水性分散媒及び有機分散媒を50〜90℃に加熱する。これにより、水性分散媒と有機分散媒とが2相に分離する。また、分散剤中のポリエーテル部分の酸素原子と水分子との水素結合による水和度が減少して水溶性が著しく低下するため、分散剤中のポリアルキレンオキサイド(メタ)アクリル酸誘導体由来の部分の水溶性が低下し、分散剤は有機分散媒相に相間移動する。また、導電性微粒子は、アミン等の化合物の添加時に銅イオンに由来して形成される有機酸塩または無機酸塩の塩析硬化によって有機分散媒相に相間移動する。その結果、導電性微粒子は水性分散媒相における場合と異なり、酸素から遮蔽された状態、つまり酸化され難い状態となる。また、導電性微粒子は、分散剤による分散効果とミクロブラウン運動とによって分散した状態で有機分散媒相で安定に保持される。
なお、この相間移動工程においては、水性分散媒と有機分散媒とを均一に混合するため超音波ミキサーをかけることが好ましい。これにより、水性分散媒と有機分散媒とは均一相、或いはマイクロエマルジョンを形成する。ここで、マイクロエマルジョンの粒径は30nm以下が好ましく、10nm以下がより好ましい。
【0053】
次に、上記のようにして水性分散媒相と分離して得られた有機分散媒相を取り出し、精製水により水洗する(精製工程)。これにより有機分散媒中に分散している水溶性成分、具体的には還元剤として使用したアミン化合物、分散剤の一部及び中和塩が除去され、加熱によって導電性微粒子同士を確実に融着させることが可能となる。なお、精製工程後に有機分散媒中に残存する分散剤量は、銅に対して重量換算で20Wt%以下とすることが好ましい。この場合には、有機分散媒中の導電性微粒子同士を接触させることができるため、導電性パターンを形成することができる。
【0054】
次に、有機分散媒を蒸発させて乾固させる。
そして、乾固した有機分散媒を樹脂成分及び硬化剤と混合し、混合物を混練して導電性パターン形成用組成物を製造する。
【0055】
次に、本発明の導電性パターンの形成方法について説明する。
まず、図1に示すように、フィルム状の基材1の少なくとも一方の面に、導電性パターン用組成物の液滴からなる液滴パターンを所定形状の格子状となるように描画する(描画工程)。なお、本実施の形態においては、インクジェット方式のプリンタ(図示せず)によって導電性パターン用組成物の液滴を吐出して液滴パターンを形成するものとして説明する。このプリンタには、導電性パターン用組成物を吐出する複数のノズルを有する記録ヘッドが備えられている。この記録ヘッドのノズルは、ノズル径が0.1μm〜10μmとなっており、液滴パターンに起因して形成される導電性パターン2の線幅を20μm以下とすることができるようになっている。一方、導電性パターン形成用組成物中の導電性微粒子は0.1nm以上、かつ20nm以下となっているので、ノズルに目詰まりが生じ難くなっている。
【0056】
そして、描画された液滴パターンに対して熱を付与し、1〜60分の間、液滴パターンを60〜450℃に加熱する(加熱工程)。これにより液滴パターン中の導電性微粒子同士が融着するため、液滴パターンは導電性パターン2となる。ここで、加熱温度を60℃以上としたのは、60℃未満だと有機物質が十分に蒸発、或いは燃焼されないためである。また、加熱温度を450℃以下としたのは、450℃を超えると導電性パターン2が熱的ダメージを受けるためである。なお、この加熱工程は、導電性パターンの酸化を防ぐべく、真空雰囲気中またはほぼ4%以下の水素を含んだ不活性ガス雰囲気中で行われることが好ましい。
【0057】
以上の導電性パターン形成用組成物によれば、従来と比較して微小な導電性微粒子によって微細な導電性パターン2を形成することができるので、基材1への導電性パターン2の実装密度を高めることができる。
また、導電性パターン形成用組成物中の導電性微粒子が微小化されているため、基材の表面に導電性パターン形成用組成物の液滴によって描画された液滴パターンに対し、従来よりも低温の加熱によって導電性を付与することができる。
また、導電性微粒子が銅からなるので、分散剤によって導電性パターン形成用組成物中で確実に分散させることができる。
【0058】
なお、上記実施の形態においては、導電性微粒子を銅から形成されていることとして説明したが、金や銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金などの他の金属から形成されていることとしても良い。
また、還元を水性分散媒相中で行うこととして説明したが、水と有機溶媒とのエマルジョン中で行うこととしても良い。
また、導電性パターンの形成をインクジェット方式により行うこととして説明したが、スクリーン印刷など、他の方式により行うこととしても良い。
【0059】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本実施例では、以下のように分散剤の合成及び銅微粒子の製造と、2通りの導電性パターン形成用組成物の製造及び導電性パターンの形成とを行った。なお、以下の説明において、括弧内の数値は重量の比率を示すものとする。
【0060】
《分散剤の合成》
まず、窒素流入下で75℃の湯浴内に配置された4ツ口フラスコ内に溶媒としてのイソプロピルアルコール(100)と、分散剤のモノマー成分と、重合開始剤としてのアゾイソブチロニトリル(1)とを入れ、溶液重合を行った。モノマー成分としては、メタクリル酸メチル(30)、ステアリル・メタクリレート(10)、メタクリル酸(エチレン・オキサイド)20(プロピレン・オキサイド)5末端メトキシ付加物(30)、メタクリル酸(エチレン・オキサイド)120(ブチレン・オキサイド)10付加物(20)及びメタクリル酸ジメチルアミノエチル(10)を用いた。
重合の開始から3時間後、さらにアゾイソブチロニトリル(0.5)を添加した。
更に3時間後、アゾイソブチロニトリル(0.5)と、重合調整剤としてのラウリルチオカルコール(10)とを添加し、2時間、溶液重合させた。
【0061】
以上のように合成された分散剤の重量平均分子量を、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて求めた。GPC装置のカラムとしてはTKSgelSuper1000,TKSgelSuper2000,TKSgelSuper3000(東ソー株式会社製)を用い、視差屈折率を利用して定量を行った。なお、キャリヤーとしてはテトラヒドラフラン(THF)を用いた。
測定された重量平均分子量は35000であった。
【0062】
《銅微粒子の製造》
まず、撹拌しながら硝酸銅(50)を精製水(300)中に溶解した。
次に、上記のように合成された分散剤(10)を溶液中に加え、均一に溶解した。
次に、30分かけてモノエタノールアミン(30)を攪拌しながらゆっくりと溶液中に添加し、これにより銅イオンを還元して銅微粒子を形成した。水性分散媒相のpHは8.5とした。その後2時間、水性分散媒相を50℃に維持するとともに撹拌を継続した。
次に、水性分散媒に有機分散媒として酢酸エチル(100)を加え、超音波ミキサーを10分間かけることにより水性分散媒と有機分散媒とをマイクロエマルジョンとした。
次に、撹拌しながら20分かけて上記マイクロエマルジョンを60℃まで昇温した。
次に、撹拌を中止することによりマイクロエマルジョンを静止させ、水性分散媒相と銅微粒子が分散した有機分散媒相との2相に分離した。
次に、有機分散媒相を取り出して精製水(300)により2回水洗し、平均粒子径8nmの銅微粒子分散液を得た。
【0063】
《導電性パターン形成用組成物の製造及び導電性パターンの形成(1)》
まず、上記のように得られた有機分散媒を蒸発させ乾固させた。
次に、乾固した有機分散媒を樹脂成分及び硬化剤と混合し、混合物を3本ロールにて混練して導電性パターン形成用組成物を調製した。より詳細には、樹脂成分としてはビスフェノールA型エポキシ樹脂(エピコート828、油化シェルエポキシ製)と、ダイマー酸をグルシジルエステル化したエポキシ樹脂(YD−171、東都化成製)(以下、ダイマー酸由来のエポキシ樹脂とする)とを用いた。また、硬化剤としてはアミンダクト硬化剤(MY−24、味の素製)を用いた。また、上記混合物中において、乾固した有機分散媒を85重量%、ビスフェノールA型エポキシ樹脂を3重量%、ダイマー酸由来のエポキシ樹脂を9重量%、アミンダクト硬化剤を3重量%とした。
次に、上記導電性パターン形成用組成物をガラスエポキシ基材上にスクリーン印刷し、オーブン中にて導電性パターン形成用組成物を20分、150℃に加熱して熱硬化させた。
形成された導電性パターンの線幅は30μmであり、比抵抗は7×10−5Ω・cmと良好な導電性を示した。
【0064】
《導電性パターン形成用組成物の製造及び導電性パターンの形成(2)》
まず、上記のように得られた有機分散媒を蒸発させ乾固させた。
次に、乾固した有機分散媒をイソプロピルアルコールと混合し、導電性パターン形成用組成物を調整した。なお、混合物中において、上記乾固した有機分散媒の割合を25重量%とした。
次に、上記導電性パターン形成用組成物をガラスエポキシ基材上にインクジェット印刷し、オーブン中にて導電性パターン形成用組成物を20分、150℃に加熱して熱硬化させた。
形成された導電性パターンの線幅は10μmであり、比抵抗は8×10−5Ω・cmと良好な導電性を示した。
【0065】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、従来と比較して微小な導電性微粒子によって微細な導電性パターンを形成することができるので、基材への導電性パターンの実装密度を高めることができる。
【0066】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、従来と比較して容易に導電性パターンを形成することができる。
【0067】
請求項3記載の発明によれば、請求項1または2記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、導電性パターン形成用組成物中の導電性微粒子を分散剤によって確実に分散化することができる。
【0068】
請求項4記載の発明によれば、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、微細な導電性パターンを形成することができる。
【0069】
請求項5記載の発明によれば、請求項1〜4の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、分散剤による分散効果とミクロブラウン運動とによって導電性微粒子を分散した状態で安定に保持することができる。
【0070】
請求項6記載の発明によれば、請求項1〜5の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、導電性パターンを形成することができる。
【0071】
請求項7記載の発明によれば、請求項6記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、インクジェット方式によって液滴パターンを描画することにより、微細なの液滴パターンを容易に描画することができる。
【0072】
請求項8記載の発明によれば、請求項7記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、微細な液滴パターンを形成することができる。
請求項9記載の発明によれば、請求項6〜8の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、微細な液滴パターンを形成することができる。
【0073】
請求項10記載の発明によれば、従来と比較して微小な導電性微粒子によって微細な導電性パターンを形成することができるので、基材への導電性パターンの実装密度を高めることができる。
【0074】
請求項11記載の発明によれば、請求項10記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、析出する導電性微粒子の粒径のバラツキを小さくすることができるとともに酸化反応を進み難くすることができる。また、毒性のあるヒドラジン等を用いて還元する場合と異なり、有害性の少ない条件で還元工程を行うことができる。
【0075】
請求項12記載の発明によれば、請求項10または11記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、200℃以上の高温度条件下で還元する場合と異なり、安全な条件で還元工程を行うことができる。
【0076】
請求項13記載の発明によれば、請求項10〜12の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、導電性微粒子を、水性分散媒相における場合と異なり、酸素に対して遮蔽された状態とすることができる、つまり酸化され難い状態とすることができる。
【0077】
請求項14記載の発明によれば、請求項13記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、導電性パターン形成用組成物の液滴により描画された液滴パターンを加熱する際に、導電性微粒子同士を確実に融着させることができる、つまり液滴パターンに確実に導電性を付与することができる。
【0078】
請求項15記載の発明によれば、従来と比較して微小な導電性微粒子によって微細な導電性パターンを形成することができるので、基材への導電性パターンの実装密度を高めることができる。
【0079】
請求項16記載の発明によれば、請求項15記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、導電性微粒子と分散剤とを水性分散媒相から有機分散媒相へ安定した状態で相間移動させることができる。
【0080】
請求項17記載の発明によれば、請求項15または16記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、導電性微粒子と分散剤とを水性分散媒相から有機分散媒相へ安定した状態で相間移動させることができる。
【0081】
請求項18記載の発明によれば、請求項15〜17の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、導電性パターン形成用組成物の液滴により描画された液滴パターンを加熱する際に、導電性微粒子同士を確実に融着させることができる、つまり液滴パターンに確実に導電性を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】回路基板を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 基材
2 導電性パターン
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a composition for forming a conductive pattern for forming a conductive pattern on a substrate, a method for producing the composition for forming a conductive pattern, and a method for forming a conductive pattern.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a technique for forming a conductive pattern on the surface of a substrate, a droplet pattern composed of droplets of a composition for forming a conductive pattern is formed on the surface of the substrate by an inkjet method, and the droplet pattern is heated. There is a technique for forming a conductive pattern by using a conductive pattern (for example, see Patent Document 1).
[0003]
The conductive pattern forming composition used in such a technique contains finely divided conductive fine particles in a dispersed state, and these conductive fine particles are melted by being heated on the surface of the base material. And a conductive pattern is formed (for example, see Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-134878 A
[Patent Document 2]
JP-A-11-80647
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, it has been desired to form a fine conductive pattern using fine conductive fine particles in order to increase the mounting density of the conductive pattern on the base material. However, when the conductive fine particles in the conductive pattern forming composition are miniaturized, there is a problem that the conductive fine particles aggregate.
[0006]
An object of the present invention is to provide a composition for forming a conductive pattern, a method for forming a conductive pattern, and a method for manufacturing a composition for forming a conductive pattern, which can increase the mounting density of a conductive pattern on a substrate. It is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a composition for forming a conductive pattern, comprising a conductive medium comprising at least one kind of conductive fine particles made of a metal and a dispersant for dispersing the conductive fine particles,
The dispersant is a polymer containing a tertiary amine type monomer in the main chain and a polyether type nonionic monomer in the side chain.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, the dispersant contained in the conductive pattern forming composition contains a tertiary amine monomer in the main chain and a polyether nonionic monomer in the side chain. Since the polymer is a polymer, the conductive fine particles are dispersed in the conductive pattern forming composition without aggregation using the dispersant as a protective colloid. Therefore, since a fine conductive pattern can be formed by fine conductive fine particles as compared with the related art, the mounting density of the conductive pattern on the base material can be increased. In addition, since the conductive fine particles in the conductive pattern forming composition can be miniaturized, the droplet pattern drawn by the conductive pattern forming composition droplets on the surface of the base material can be made smaller than before. Also, conductivity can be imparted by heating at a low temperature.
The metal is preferably copper or a noble metal, and the noble metal includes gold, silver, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, and platinum.
[0009]
The invention according to claim 2 is a composition for forming a conductive pattern according to claim 1,
The method is characterized in that a conductive pattern is formed on the surface of the substrate by an ink jet method.
[0010]
According to the invention of claim 2, the composition for forming a conductive pattern forms a conductive pattern on the surface of a substrate by an ink jet method, and the conductive fine particles in the composition for forming a conductive pattern are conventionally used. Since it is very small as compared with, clogging hardly occurs in the nozzle for discharging the conductive pattern forming composition. Therefore, a conductive pattern can be easily formed as compared with the related art.
[0011]
The invention according to claim 3 is the composition for forming a conductive pattern according to claim 1 or 2,
The conductive fine particles are made of copper.
[0012]
According to the third aspect of the present invention, since the conductive fine particles are made of copper, the conductive fine particles in the conductive pattern forming composition can be surely dispersed by the dispersant.
[0013]
The invention according to claim 4 is the composition for forming a conductive pattern according to any one of claims 1 to 3,
The average particle diameter of the conductive fine particles is 0.1 nm or more and 20 nm or less.
[0014]
According to the fourth aspect of the invention, since the average particle diameter of the conductive fine particles is 0.1 nm or more and 20 nm or less, a fine conductive pattern can be formed.
[0015]
The invention according to claim 5 provides the composition for forming a conductive pattern according to any one of claims 1 to 4,
The dispersion medium is an organic dispersion medium containing a water-insoluble organic solvent as a main component.
[0016]
According to the invention of claim 5, since the dispersion medium is an organic dispersion medium containing a water-insoluble organic solvent as a main component, the dispersion effect of the dispersant and the micro-Brownian motion stably disperse the conductive fine particles. Can be held.
[0017]
The invention according to claim 6 is a drawing step of drawing a droplet pattern on the surface of a substrate using droplets of the conductive pattern forming composition according to any one of claims 1 to 5,
A heating step of imparting conductivity to the droplet pattern by heating the droplet pattern drawn in the drawing step.
[0018]
According to the sixth aspect of the present invention, the droplet pattern drawn by the droplet of the conductive pattern forming composition according to any one of the first to fifth aspects is heated to conduct the droplet pattern. By imparting the property, the droplet pattern can be a conductive pattern.
[0019]
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for forming a conductive pattern according to the sixth aspect, in the drawing step, the droplet pattern is formed by discharging droplets of the conductive pattern forming composition by an inkjet method. It is characterized by drawing.
[0020]
According to the seventh aspect of the present invention, a fine droplet pattern can be easily drawn by drawing the droplet pattern by the ink jet method.
[0021]
The invention according to claim 8 is a method for forming a conductive pattern according to claim 7,
In the drawing step, a droplet of the conductive pattern forming composition is discharged from a nozzle having a nozzle diameter of 0.1 μm to 10 μm.
[0022]
According to the eighth aspect of the present invention, a fine droplet pattern can be formed by discharging droplets of the conductive pattern forming composition from a nozzle having a nozzle diameter of 0.1 μm to 10 μm.
[0023]
According to a ninth aspect of the present invention, in the method for forming a conductive pattern according to any one of the sixth to eighth aspects,
In the drawing step, a droplet pattern having a line width of 20 μm or less is drawn.
According to the ninth aspect, a fine droplet pattern can be formed.
[0024]
The invention according to claim 10 is a composition for forming a conductive pattern, comprising a reduction step of obtaining a conductive fine particle by reducing a metal compound having at least one metal in an aqueous dispersion medium containing a dispersant. A manufacturing method,
As the dispersant, a polymer containing a tertiary amine type monomer in a main chain and a polyether type nonionic monomer in a side chain is used.
[0025]
According to the invention as set forth in claim 10, the conductive pattern is obtained by using a polymer containing a tertiary amine type monomer in the main chain and a polyether type nonionic monomer in the side chain as a dispersant. In the forming composition, the conductive fine particles are dispersed without aggregation using the dispersant as a protective colloid. Therefore, since a fine conductive pattern can be formed by fine conductive fine particles as compared with the related art, the mounting density of the conductive pattern on the base material can be increased. In addition, since the conductive fine particles in the conductive pattern forming composition can be miniaturized, the droplet pattern drawn by the conductive pattern forming composition droplets on the surface of the base material can be made smaller than before. Also, conductivity can be imparted by heating at a low temperature.
[0026]
The invention according to claim 11 is a method for producing a composition for forming a conductive pattern according to claim 10,
In the reduction step, an organic amine compound is used as a reducing agent.
[0027]
Here, if the reducing conditions such as the type and temperature of the reducing agent are strong, the dispersion of the conductive fine particles to be deposited becomes large, and the oxidation reaction easily proceeds. Therefore, it is preferable that the reduction conditions are weak.
[0028]
According to the eleventh aspect, by performing the reduction step using an organic amine compound as a reducing agent, the metal compound can be reduced under relatively weak reduction conditions. Accordingly, it is possible to reduce the variation in the particle diameter of the conductive fine particles to be precipitated, and to make it difficult for the oxidation reaction to proceed. Further, unlike the case where reduction is performed using toxic hydrazine or the like, the reduction step can be performed under less harmful conditions.
[0029]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the method for producing a conductive pattern forming composition according to the tenth or eleventh aspect,
In the reduction step, the temperature of the aqueous dispersion medium is set to 20 ° C to 60 ° C.
[0030]
According to the twelfth aspect of the present invention, the temperature of the aqueous dispersion medium is set to 20 ° C. to 60 ° C. in the reduction step. It can be performed.
[0031]
The invention according to claim 13 is a method for producing the composition for forming a conductive pattern according to any one of claims 10 to 12,
After the reduction step, the conductive fine particles and the dispersant, from the aqueous dispersion medium phase, comprising a phase transfer step of phase transfer to an organic dispersion medium phase having a water-insoluble organic solvent as a main component, I do.
[0032]
According to the invention as set forth in claim 13, the conductive fine particles and the dispersant are phase-transferred from the aqueous dispersion medium phase to the organic dispersion medium phase in the presence of the dispersant, whereby the conductive fine particles are dispersed without agglomeration. It can be extracted in the organic dispersion medium phase in a state. Accordingly, unlike the case of the aqueous dispersion medium phase, the conductive fine particles can be in a state shielded from oxygen, that is, can be in a state that is hardly oxidized.
[0033]
The invention according to claim 14 provides a method for producing a composition for forming a conductive pattern according to claim 13,
After the phase transfer step, a purification step of removing at least a part of a water-soluble component of the organic dispersion medium phase using purified water is included.
[0034]
According to the fourteenth aspect, by performing the purification step, a part of the reducing agent and the dispersant can be removed. Therefore, when heating the droplet pattern drawn by the droplets of the composition for forming a conductive pattern, the conductive fine particles can be reliably fused to each other. can do.
[0035]
The invention according to claim 15 includes a dispersant, from an aqueous dispersion medium phase in which conductive fine particles made of at least one metal are dispersed, to an organic dispersion medium phase mainly containing a water-insoluble organic solvent, A method for producing a composition for forming a conductive pattern, comprising a phase transfer step of performing phase transfer between the conductive fine particles and the dispersant,
As the dispersant, a polymer containing a tertiary amine type monomer in a main chain and a polyether type nonionic monomer in a side chain is used.
[0036]
According to the invention as set forth in claim 15, the conductive fine particles and the dispersant are dispersed without agglomeration by agglomerating between the aqueous dispersion medium phase and the organic dispersion medium phase in the presence of the dispersant. It can be extracted into the organic dispersion medium phase in the state. Accordingly, unlike the case of the aqueous dispersion medium phase, the conductive fine particles can be in a state shielded from oxygen, that is, can be in a state that is hardly oxidized. Further, since a fine conductive pattern can be formed by fine conductive fine particles as compared with the related art, the mounting density of the conductive pattern on the base material can be increased. In addition, since the conductive fine particles in the conductive pattern forming composition can be miniaturized, the droplet pattern drawn by the conductive pattern forming composition droplets on the surface of the base material can be made smaller than before. Also, conductivity can be imparted by heating at a low temperature.
[0037]
The invention according to claim 16 provides a method for producing a composition for forming a conductive pattern according to claim 15,
In the phase transfer step, the temperature of the aqueous dispersion medium and the organic dispersion medium phase is set to 50 ° C to 90 ° C.
[0038]
According to the invention of claim 16, by setting the temperature of the aqueous dispersion medium and the organic dispersion medium to 50 ° C to 90 ° C, the conductive fine particles and the dispersant are stabilized from the aqueous dispersion medium phase to the organic dispersion medium phase. The phase can be moved in the state.
[0039]
The invention according to claim 17 is a method for producing a composition for forming a conductive pattern according to claim 15 or 16,
In the phase transfer step, the pH of the aqueous dispersion medium is set to 7 to 10.
[0040]
According to the invention described in claim 17, the pH of the aqueous dispersion medium is set to 7 to 10, whereby the conductive fine particles and the dispersant are phase-transferred from the aqueous dispersion medium phase to the organic dispersion medium phase in a stable state. Can be.
[0041]
The invention according to claim 18 provides a method for producing a composition for forming a conductive pattern according to any one of claims 15 to 17,
After the phase transfer step, a purification step of removing at least a part of a water-soluble component of the organic dispersion medium phase using purified water is included.
[0042]
According to the eighteenth aspect, by performing the purification step, a part of the reducing agent and the dispersing agent can be removed. Therefore, when heating the droplet pattern drawn by the droplets of the composition for forming a conductive pattern, the conductive fine particles can be reliably fused to each other. can do.
[0043]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0044]
The composition for forming a conductive pattern of the present invention forms a conductive pattern on the surface of a substrate by an inkjet method or the like, and contains a conductive fine particle and a dispersant for dispersing the conductive fine particle in a dispersion medium. are doing.
The dispersion medium is mainly composed of a water-insoluble organic solvent, specifically, MEK (methyl ethyl ketone), MIBK (methyl isobutyl ketone), ethyl acetate, butyl acetate, toluene, xylene, and the like.
[0045]
The conductive fine particles are formed of at least one kind of metal, and in the present embodiment, are formed of copper. The average particle size of the conductive fine particles is 0.1 nm or more and 20 nm or less.
[0046]
The dispersant is a comb-shaped oligomer in which a plurality of side chains are bonded to a main chain like comb teeth, and is formed from a plurality of monomers which are radically polymerized by solution polymerization or the like. The weight average molecular weight of this dispersant is 3000 to 100,000.
[0047]
More specifically, the dispersant is a graft polymer in which other types of monomers are arranged as side chains in places of the main chain monomer units, and is formed by continuously polymerizing a plurality of types of monomers. It is a block polymer.
[0048]
The main chain of the dispersant contains a nitrogen-containing tertiary amine type monomer containing nitrogen, such as dimethylaminoethyl (meth) acrylate or diethylaminoethyl (meth) acrylate, as a copolymer component. Therefore, the dispersant stably holds the conductive fine particles by donating electrons from the nitrogen atom in the portion derived from the tertiary amine type monomer, that is, the conductive fine particles are dispersed.
The main chain of the dispersant preferably contains (meth) acrylic acid or a derivative thereof in addition to the nitrogen-containing tertiary amine-type monomer. In this case, radical polymerization of the monomer can be ensured.
The main chain of the dispersant preferably contains a long-chain alkyl group such as a stearyl group and styrene. In this case, the dispersant can reliably disperse the conductive fine particles in the organosol system. In addition, examples of the long-chain alkyl group include (meth) acrylic acid alkyl ester, 2-ethylhexyl (meth) acrylic acid ester, lauryl (meth) acrylic acid ester, and stearyl (meth) acrylic acid ester.
Further, in the main chain of the dispersant, glycidyl (meth) acrylic ester, a primary amine derivative of glycidyl (meth) acrylate, and polyethyleneimine of glycidyl (meth) acrylate are used as reactive monomers for the conductive fine particles. It is preferable to include a derivative, poly (meth) acrylic acid, a polyethyleneimine adduct, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, and the like. In this case, the dispersant effectively adheres to the conductive fine particles and can disperse the conductive fine particles.
[0049]
The side chain of the dispersing agent contains a polyether type nonionic monomer component. Specifically, the side chain of the dispersant contains hydrophilic polyethylene oxide and hydrophobic polypropylene oxide or polybutylene oxide.
These side chain components allow the dispersant to effectively exhibit the effect of dispersing the conductive fine particles. In addition, since the dispersant contains the hydrophilic component and the hydrophobic component in the side chain component, a microdomain structure is formed in the dispersion medium. In addition, since this dispersant can freely control the number of moles of ethylene oxide or propylene oxide added, it is excellent in the effect of dispersing conductive fine particles, stability against changes in temperature and pH, and compatibility with the dispersion medium. Monomer can be formed. Furthermore, this dispersant improves the dispersibility of the conductive fine particles by adding a highly flexible molecular chain to the side chain component, thereby covering the surface of the conductive fine particles with the molecular chains to form an adsorption layer. At the same time, the system can be stabilized. In addition, the dispersant is a mixed dispersion medium of an organic dispersion medium and an aqueous dispersion medium in a manufacturing process of a composition for forming a conductive pattern described later, from a uniform phase of an organic dispersion medium-aqueous dispersion medium, or a microemulsion state. , Can be completely separated into two layers.
[0050]
Next, a method for producing the composition for forming a conductive pattern according to the present invention will be described.
First, isopropyl alcohol as a solvent, the monomer component of a dispersant, and azoisobutyronitrile as a polymerization initiator are placed in a flask in a hot water bath, and solution polymerization is performed. As a result, a plurality of monomers undergo radical polymerization, and a dispersant is synthesized.
Next, a metal compound such as copper and the above dispersant are dissolved in an acidic aqueous dispersion medium. Since the dispersant has a tertiary amino group, its solubility in an acidic aqueous dispersion medium is high. Here, examples of copper compounds include copper formate and copper acetate, copper naphthenate, copper octylate, copper acetylacetone, copper chloride, copper sulfate, and copper nitrate.Of these, inexpensive copper sulfate or copper nitrate is used. Preferably, it is used.
[0051]
Next, conductive fine particles are formed by reducing copper ions in the aqueous dispersion medium phase (reduction step). Specifically, at room temperature, an organic amine such as a primary amine or a secondary amine is added to the aqueous dispersion medium and stirred. As a result, the copper ions are reduced and precipitated in the aqueous dispersion medium phase. Here, since the dispersant is present in the aqueous dispersion medium phase, the conductive fine particles that precipitate are dispersed in a stable state in the aqueous dispersion medium phase using the dispersant as a protective colloid, and the particle diameter of the conductive fine particles is 0. It becomes 1 nm or more and 20 nm or less. In addition, by performing a reduction step using an organic amine compound as a reducing agent, copper ions are reduced under relatively weak reduction conditions, so that the dispersion of the particle size of the conductive fine particles to be deposited is reduced. The organic amine added to the aqueous dispersion medium is preferably an alkanolamine such as methylaminoethanol, ethanolamine, propanolamine, or diethanolamine, and more preferably polyethyleneimine. When polyethyleneimine is used, copper ions can be reduced, and the conductive fine particles that precipitate can be dispersed. The polyethyleneimine may be contained as a side chain in the polymer, and specifically, is preferably contained as a side chain in a graft polymer containing a (meth) acrylic acid derivative as a main chain component.
[0052]
Next, the aqueous dispersion medium in which the conductive fine particles are dispersed is brought into contact with the organic dispersion medium containing the water-insoluble organic solvent as a main component, and the conductive fine particles are transferred from the aqueous dispersion medium phase to the organic dispersion medium phase (interphase). Transfer process). Specifically, after the organic dispersion medium is brought into contact with the aqueous dispersion medium, the aqueous dispersion medium phase is made alkaline by adding a compound such as an amine, and the aqueous dispersion medium and the organic dispersion medium are heated to 50 to 90 ° C. I do. Thereby, the aqueous dispersion medium and the organic dispersion medium are separated into two phases. In addition, since the degree of hydration due to the hydrogen bond between the oxygen atom of the polyether portion and the water molecule in the dispersant decreases, and the water solubility decreases significantly, the polyalkylene oxide (meth) acrylic acid derivative derived from the polyalkylene oxide in the dispersant is derived The water solubility of the part decreases, and the dispersant phase-transfers to the organic dispersion medium phase. In addition, the conductive fine particles undergo phase transfer to the organic dispersion medium phase due to salting out and hardening of an organic acid salt or an inorganic acid salt formed from copper ions when a compound such as an amine is added. As a result, unlike the case of the aqueous dispersion medium phase, the conductive fine particles are in a state of being shielded from oxygen, that is, in a state of being hardly oxidized. In addition, the conductive fine particles are stably held in the organic dispersion medium phase in a dispersed state by the dispersing effect of the dispersant and the micro-Brownian motion.
In this phase transfer step, it is preferable to use an ultrasonic mixer to uniformly mix the aqueous dispersion medium and the organic dispersion medium. As a result, the aqueous dispersion medium and the organic dispersion medium form a uniform phase or a microemulsion. Here, the particle size of the microemulsion is preferably 30 nm or less, more preferably 10 nm or less.
[0053]
Next, the organic dispersion medium phase obtained by separating from the aqueous dispersion medium phase as described above is taken out and washed with purified water (purification step). As a result, the water-soluble components dispersed in the organic dispersion medium, specifically, the amine compound used as the reducing agent, a part of the dispersing agent, and the neutralizing salt are removed, and the conductive fine particles are surely fused by heating. It becomes possible to wear. The amount of the dispersant remaining in the organic dispersion medium after the purification step is preferably not more than 20 Wt% based on the weight of copper. In this case, since the conductive fine particles in the organic dispersion medium can be brought into contact with each other, a conductive pattern can be formed.
[0054]
Next, the organic dispersion medium is evaporated to dryness.
Then, the dried organic dispersion medium is mixed with a resin component and a curing agent, and the mixture is kneaded to produce a conductive pattern forming composition.
[0055]
Next, a method for forming a conductive pattern according to the present invention will be described.
First, as shown in FIG. 1, a droplet pattern composed of droplets of a conductive pattern composition is drawn on at least one surface of a film-shaped substrate 1 so as to form a lattice of a predetermined shape (drawing). Process). In the present embodiment, a description will be given assuming that droplets of the conductive pattern composition are discharged by an ink jet printer (not shown) to form a droplet pattern. This printer is provided with a recording head having a plurality of nozzles for discharging the conductive pattern composition. The nozzle of this recording head has a nozzle diameter of 0.1 μm to 10 μm, and the line width of the conductive pattern 2 formed by the droplet pattern can be set to 20 μm or less. . On the other hand, since the conductive fine particles in the conductive pattern forming composition have a size of 0.1 nm or more and 20 nm or less, clogging of the nozzle hardly occurs.
[0056]
Then, heat is applied to the drawn droplet pattern, and the droplet pattern is heated to 60 to 450 ° C. for 1 to 60 minutes (heating step). As a result, the conductive fine particles in the droplet pattern are fused to each other, so that the droplet pattern becomes the conductive pattern 2. Here, the heating temperature is set to 60 ° C. or higher because if the temperature is lower than 60 ° C., the organic substance is not sufficiently evaporated or burned. The reason why the heating temperature is set to 450 ° C. or lower is that if the temperature exceeds 450 ° C., the conductive pattern 2 is thermally damaged. Note that this heating step is preferably performed in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere containing approximately 4% or less of hydrogen to prevent oxidation of the conductive pattern.
[0057]
According to the composition for forming a conductive pattern described above, since the fine conductive pattern 2 can be formed by fine conductive fine particles as compared with the conventional composition, the mounting density of the conductive pattern 2 on the base material 1 can be increased. Can be increased.
In addition, since the conductive fine particles in the conductive pattern forming composition are miniaturized, the droplet pattern drawn by the conductive pattern forming composition droplets on the surface of the base material is lower than before. Conductivity can be imparted by heating at a low temperature.
In addition, since the conductive fine particles are made of copper, they can be reliably dispersed in the conductive pattern forming composition by the dispersant.
[0058]
In the above embodiment, the conductive fine particles are described as being formed from copper, but are formed from other metals such as gold, silver, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, and platinum. It is good.
Further, although the reduction is described as being performed in the aqueous dispersion medium phase, it may be performed in an emulsion of water and an organic solvent.
In addition, although the formation of the conductive pattern is described as being performed by an inkjet method, it may be performed by another method such as screen printing.
[0059]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
In this example, the synthesis of a dispersant and the production of copper fine particles, the production of two types of compositions for forming a conductive pattern, and the formation of a conductive pattern were performed as follows. In the following description, numerical values in parentheses indicate weight ratios.
[0060]
<< Synthesis of dispersant >>
First, isopropyl alcohol (100) as a solvent, a monomer component of a dispersant, and azoisobutyronitrile (a polymerization initiator) were placed in a four-necked flask placed in a water bath at 75 ° C. under a flow of nitrogen. 1) was added, and solution polymerization was performed. As monomer components, methyl methacrylate (30), stearyl methacrylate (10), methacrylic acid (ethylene oxide) 20 (propylene oxide), 5-terminal methoxy adduct (30), methacrylic acid (ethylene oxide) 120 ( (Butylene oxide) 10 adduct (20) and dimethylaminoethyl methacrylate (10) were used.
Three hours after the start of the polymerization, azoisobutyronitrile (0.5) was further added.
After another 3 hours, azoisobutyronitrile (0.5) and lauryl thiocalcol (10) as a polymerization regulator were added, and solution polymerization was performed for 2 hours.
[0061]
The weight average molecular weight of the dispersant synthesized as described above was determined by using gel permeation chromatography (GPC). As a column of the GPC apparatus, TKSgelSuper1000, TKSgelSuper2000, and TKSgelSuper3000 (manufactured by Tosoh Corporation) were used for quantification using the parallax refractive index. In addition, tetrahydrafuran (THF) was used as a carrier.
The measured weight average molecular weight was 35,000.
[0062]
《Manufacture of copper fine particles》
First, copper nitrate (50) was dissolved in purified water (300) with stirring.
Next, the dispersant (10) synthesized as described above was added to the solution and uniformly dissolved.
Next, monoethanolamine (30) was slowly added to the solution with stirring over 30 minutes, whereby copper ions were reduced to form copper fine particles. The pH of the aqueous dispersion medium phase was 8.5. Then, for 2 hours, the aqueous dispersion medium phase was maintained at 50 ° C. and the stirring was continued.
Next, ethyl acetate (100) was added as an organic dispersion medium to the aqueous dispersion medium, and the mixture was subjected to an ultrasonic mixer for 10 minutes to form a microemulsion between the aqueous dispersion medium and the organic dispersion medium.
Next, the temperature of the microemulsion was raised to 60 ° C. over 20 minutes with stirring.
Next, the microemulsion was stopped by stopping the stirring, and separated into two phases: an aqueous dispersion medium phase and an organic dispersion medium phase in which copper fine particles were dispersed.
Next, the organic dispersion medium phase was taken out and washed twice with purified water (300) to obtain a copper fine particle dispersion having an average particle diameter of 8 nm.
[0063]
<< Production of composition for forming conductive pattern and formation of conductive pattern (1) >>
First, the organic dispersion medium obtained as described above was evaporated to dryness.
Next, the dried organic dispersion medium was mixed with a resin component and a curing agent, and the mixture was kneaded with a three-roll mill to prepare a conductive pattern forming composition. More specifically, as a resin component, a bisphenol A type epoxy resin (Epicoat 828, manufactured by Yuka Shell Epoxy) and an epoxy resin obtained by glycidyl esterification of dimer acid (YD-171, manufactured by Toto Kasei) (hereinafter, dimer acid) And an epoxy resin derived therefrom). In addition, an amine duct curing agent (MY-24, manufactured by Ajinomoto) was used as the curing agent. In the above mixture, the dried organic dispersion medium was 85% by weight, the bisphenol A type epoxy resin was 3% by weight, the dimer acid-derived epoxy resin was 9% by weight, and the amine duct curing agent was 3% by weight.
Next, the composition for forming a conductive pattern was screen-printed on a glass epoxy substrate, and the composition for forming a conductive pattern was heated to 150 ° C. in an oven for 20 minutes to be thermally cured.
The line width of the formed conductive pattern is 30 μm, and the specific resistance is 7 × 10 -5 It showed good conductivity of Ω · cm.
[0064]
<< Production of conductive pattern forming composition and formation of conductive pattern (2) >>
First, the organic dispersion medium obtained as described above was evaporated to dryness.
Next, the dried organic dispersion medium was mixed with isopropyl alcohol to prepare a conductive pattern forming composition. The ratio of the dried organic dispersion medium in the mixture was 25% by weight.
Next, the composition for forming a conductive pattern was inkjet-printed on a glass epoxy substrate, and the composition for forming a conductive pattern was heated to 150 ° C. in an oven for 20 minutes and thermally cured.
The line width of the formed conductive pattern is 10 μm, and the specific resistance is 8 × 10 -5 It showed good conductivity of Ω · cm.
[0065]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since a fine conductive pattern can be formed with fine conductive fine particles as compared with the related art, the mounting density of the conductive pattern on the base material can be increased.
[0066]
According to the second aspect of the invention, the same effect as that of the first aspect of the invention can be obtained, and the conductive pattern can be easily formed as compared with the related art.
[0067]
According to the third aspect of the invention, the same effects as those of the first or second aspect are obtained, and the conductive fine particles in the conductive pattern forming composition are surely dispersed by the dispersant. Can be
[0068]
According to the fourth aspect of the present invention, not only the same effects as those of the first to third aspects of the invention can be obtained, but also a fine conductive pattern can be formed.
[0069]
According to the fifth aspect of the present invention, the same effects as those of the first aspect of the present invention can be obtained, and the conductive effect can be obtained by the dispersing effect of the dispersant and the micro Brownian motion. Fine particles can be stably maintained in a dispersed state.
[0070]
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to obtain a conductive pattern, as well as to obtain the same effect as the first aspect of the present invention.
[0071]
According to the seventh aspect of the invention, the same effect as that of the sixth aspect of the invention can be obtained, and a fine droplet pattern can be easily drawn by drawing a droplet pattern by an ink jet method. can do.
[0072]
According to the eighth aspect of the invention, not only the same effect as the seventh aspect of the invention can be obtained, but also a fine droplet pattern can be formed.
According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to obtain the same effect as that of any one of the sixth to eighth aspects, and it is possible to form a fine droplet pattern.
[0073]
According to the tenth aspect, a fine conductive pattern can be formed by fine conductive fine particles as compared with the related art, so that the mounting density of the conductive pattern on the base material can be increased.
[0074]
According to the eleventh aspect, not only the same effects as those of the tenth aspect can be obtained, but also the variation in the particle size of the conductive fine particles to be deposited can be reduced, and the oxidation reaction proceeds. It can be difficult. Further, unlike the case where reduction is performed using toxic hydrazine or the like, the reduction step can be performed under less harmful conditions.
[0075]
According to the twelfth aspect of the present invention, the same effects as those of the tenth or eleventh aspect can be obtained, and, unlike the case of reduction under a high temperature condition of 200 ° C. or more, under safe conditions. A reduction step can be performed.
[0076]
According to the thirteenth aspect of the present invention, the same effects as those of the tenth to twelfth aspects can be obtained, and the conductive fine particles are different from those in the aqueous dispersion medium phase. , Can be in a state shielded from oxygen, that is, a state in which oxidation is difficult.
[0077]
According to the fourteenth aspect of the present invention, not only the same effects as those of the thirteenth aspect can be obtained, but also when a droplet pattern drawn by droplets of the conductive pattern forming composition is heated. In addition, the conductive fine particles can be reliably fused together, that is, the droplet pattern can be reliably provided with conductivity.
[0078]
According to the fifteenth aspect, a fine conductive pattern can be formed by fine conductive fine particles as compared with the related art, so that the mounting density of the conductive pattern on the base material can be increased.
[0079]
According to the sixteenth aspect of the invention, the same effects as those of the fifteenth aspect can be obtained, and the conductive fine particles and the dispersant can be stably changed from the aqueous dispersion medium phase to the organic dispersion medium phase. Can be moved between phases.
[0080]
According to the seventeenth aspect of the invention, the same effects as those of the fifteenth or sixteenth aspect can be obtained, and the conductive fine particles and the dispersant can be stably converted from the aqueous dispersion medium phase to the organic dispersion medium phase. It is possible to move between phases in the state in which it is set.
[0081]
According to the eighteenth aspect of the present invention, it is possible to obtain the same effect as the invention according to any one of the fifteenth to seventeenth aspects. When the droplet pattern is heated, the conductive fine particles can be reliably fused together, that is, the droplet pattern can be reliably provided with conductivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a circuit board.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 Conductive pattern

Claims (18)

少なくとも1種の金属からなる導電性微粒子と、前記導電性微粒子を分散させる分散剤とを分散媒中に含有する導電性パターン形成用組成物であって、
前記分散剤は、第3級アミン型モノマーを主鎖に含み、かつポリエーテル型の非イオン性のモノマーを側鎖に含むポリマーであることを特徴とする導電性パターン形成用組成物。
A conductive pattern-forming composition containing, in a dispersion medium, conductive fine particles made of at least one metal and a dispersant for dispersing the conductive fine particles,
The composition for forming a conductive pattern, wherein the dispersant is a polymer containing a tertiary amine type monomer in a main chain and a polyether type nonionic monomer in a side chain.
インクジェット方式により基材の表面に導電性パターンを形成することを特徴とする請求項1記載の導電性パターン形成用組成物。2. The composition for forming a conductive pattern according to claim 1, wherein a conductive pattern is formed on the surface of the substrate by an ink jet method. 前記導電性微粒子は銅からなることを特徴とする請求項1または2記載の導電性パターン形成用組成物。3. The conductive pattern forming composition according to claim 1, wherein the conductive fine particles are made of copper. 前記導電性微粒子の平均粒径が0.1nm以上、かつ20nm以下であることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の導電性パターン形成用組成物。The conductive pattern forming composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the conductive fine particles have an average particle size of 0.1 nm or more and 20 nm or less. 前記分散媒は、水不溶性有機溶剤を主成分とする有機分散媒であることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の導電性パターン形成用組成物。The conductive pattern forming composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the dispersion medium is an organic dispersion medium containing a water-insoluble organic solvent as a main component. 請求項1〜5の何れか一項に記載の導電性パターン形成用組成物の液滴により基材の表面に液滴パターンを描画する描画工程と、
前記描画工程において描画された液滴パターンを加熱することによりこの液滴パターンに導電性を付与する加熱工程とを有することを特徴とする導電性パターンの形成方法。
A drawing step of drawing a droplet pattern on the surface of a substrate with droplets of the composition for forming a conductive pattern according to any one of claims 1 to 5,
Heating the droplet pattern drawn in the drawing step to impart conductivity to the droplet pattern.
前記描画工程において、前記導電性パターン形成用組成物の液滴をインクジェット方式によって吐出することにより前記液滴パターンを描画することを特徴とする請求項6記載の導電性パターンの形成方法。The method for forming a conductive pattern according to claim 6, wherein in the drawing step, the droplet pattern is drawn by discharging droplets of the composition for forming a conductive pattern by an inkjet method. 前記描画工程において、0.1μm〜10μmのノズル径のノズルから前記導電性パターン形成用組成物の液滴を吐出することを特徴とする請求項7記載の導電性パターンの形成方法。The method for forming a conductive pattern according to claim 7, wherein in the drawing step, droplets of the conductive pattern forming composition are discharged from a nozzle having a nozzle diameter of 0.1 m to 10 m. 前記描画工程において、線幅が20μm以下の液滴パターンを描画することを特徴とする請求項6〜8の何れか一項に記載の導電性パターンの形成方法。The method of forming a conductive pattern according to claim 6, wherein, in the drawing step, a droplet pattern having a line width of 20 μm or less is drawn. 分散剤を含有する水性分散媒中で、少なくとも1種の金属を有する金属化合物を還元することにより導電性微粒子を得る還元工程を含む導電性パターン形成用組成物の製造方法であって、
前記分散剤として、第3級アミン型モノマーを主鎖に含み、かつポリエーテル型の非イオン性のモノマーを側鎖に含むポリマーを用いることを特徴とする導電性パターン形成用組成物の製造方法。
An aqueous dispersion medium containing a dispersant, a method for producing a composition for forming a conductive pattern, comprising a reduction step of obtaining conductive fine particles by reducing a metal compound having at least one metal,
A method for producing a composition for forming a conductive pattern, comprising using, as the dispersant, a polymer containing a tertiary amine-type monomer in a main chain and a polyether-type nonionic monomer in a side chain. .
前記還元工程において、還元剤として有機アミン化合物を用いることを特徴とする請求項10記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法。The method for producing a composition for forming a conductive pattern according to claim 10, wherein an organic amine compound is used as a reducing agent in the reduction step. 前記還元工程において、前記水性分散媒の温度を20℃〜60℃とすることを特徴とする請求項10または11記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法。The method for producing a composition for forming a conductive pattern according to claim 10, wherein the temperature of the aqueous dispersion medium is set to 20 ° C. to 60 ° C. in the reduction step. 前記還元工程の後に、前記導電性微粒子と前記分散剤とを前記水性分散媒相から、非水溶性有機溶剤を主成分とする有機分散媒相に相間移動させる相間移動工程を含むことを特徴とする請求項10〜12の何れか一項に記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法。After the reduction step, the conductive fine particles and the dispersant, from the aqueous dispersion medium phase, comprising a phase transfer step of phase transfer to an organic dispersion medium phase having a water-insoluble organic solvent as a main component, A method for producing a composition for forming a conductive pattern according to any one of claims 10 to 12. 前記相間移動工程の後に、精製水を用いて前記有機分散媒相の水溶性成分の少なくとも一部を除去する精製工程を含むことを特徴とする請求項13記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法。The method for forming a conductive pattern according to claim 13, further comprising a purification step of removing at least a part of a water-soluble component of the organic dispersion medium phase using purified water after the phase transfer step. Production method. 分散剤を含有し、少なくとも一種の金属からなる導電性微粒子を分散させた水性分散媒相から、非水溶性有機溶剤を主成分とする有機分散媒相に、前記導電性微粒子と前記分散剤とを相間移動させる相間移動工程を含む導電性パターン形成用組成物の製造方法であって、
前記分散剤として、第3級アミン型モノマーを主鎖に含み、かつポリエーテル型の非イオン性のモノマーを側鎖に含むポリマーを用いることを特徴とする導電性パターン形成用組成物の製造方法。
Containing a dispersant, from an aqueous dispersion medium phase in which at least one type of metal conductive fine particles are dispersed, to an organic dispersion medium phase containing a water-insoluble organic solvent as a main component, the conductive fine particles and the dispersant A method for producing a composition for forming a conductive pattern, comprising a phase transfer step of transferring between phases,
A method for producing a composition for forming a conductive pattern, comprising using, as the dispersant, a polymer containing a tertiary amine-type monomer in a main chain and a polyether-type nonionic monomer in a side chain. .
前記相間移動工程において、前記水性分散媒及び前記有機分散媒相の温度を50℃〜90℃とすることを特徴とする請求項15記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法。The method for producing a conductive pattern forming composition according to claim 15, wherein in the phase transfer step, the temperature of the aqueous dispersion medium and the organic dispersion medium phase is set to 50C to 90C. 前記相間移動工程において、前記水性分散媒のpHを7〜10とすることを特徴とする請求項15または16記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法。17. The method for producing a composition for forming a conductive pattern according to claim 15, wherein the pH of the aqueous dispersion medium is 7 to 10 in the phase transfer step. 前記相間移動工程の後に、精製水を用いて前記有機分散媒相の水溶性成分の少なくとも一部を除去する精製工程を含むことを特徴とする請求項15〜17の何れか一項に記載の導電性パターン形成用組成物の製造方法。The method according to any one of claims 15 to 17, further comprising, after the phase transfer step, a purification step of removing at least a part of a water-soluble component of the organic dispersion medium phase using purified water. A method for producing a composition for forming a conductive pattern.
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